5. Начало жизни на Земле

Начало жизни на Земле — появление нуклеиновых кислот, способ­ных к воспроизводству белков.

Переход от сложных органических веществ к простым живым организмам пока неясен. Теория биохи­мической эволюции предлагает лишь общую схему. В соответствии с ней на границе между коацерватами — сгустками органических веществ — могли выстраиваться молекулы сложных углеводоро­дов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам стабильность.

В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведе­нию, могла возникнуть примитивная клетка, способная к росту.

Самое трудное для этой гипотезы — объяснить способность живых систем к самовоспроизведению, т. е. сам переход от сложных неживых систем к простым живым организмам. Несомненно, в моде­ли происхождения жизни будут включаться новые знания, и они бу­дут все более обоснованными. Но повторимся, что чем более качест­венно новое отличается от старого, тем труднее объяснить его воз­никновение. Поэтому здесь и говорят о моделях и гипотезах, а не о теориях.

Так или иначе, следующим шагом в организации живого должно было быть образование мембран, которые отграничивали смеси органических веществ от окружающей среды.

С их появле­нием и получается клетка — «единица жизни», главное структур­ное отличие живого от неживого. Все основные процессы, опреде­ляющие поведение живого организма, протекают в клетках. Тыся­чи химических реакций происходят одновременно для того, чтобы клетка могла получить необходимые питательные вещества, син­тезировать специальные биомолекулы и удалить отходы.

Огром­ное значение для биологических процессов в клетке имеют фер­менты. Они обладают часто высокой специализированностью и мо­гут влиять только на одну реакцию. Принцип их действия в том, что молекулы других веществ стремятся присоединиться к актив­ным участкам молекулы фермента. Тем самым повышается веро­ятность их столкновения, а, следовательно, скорость химической реакции.

Синтез белка осуществляется в цитоплазме клетки. Почти в каждой из клеток человека синтезируется свыше 10000 разных бел­ков. Величина клеток — от микрометра до более одного метра (у нервных клеток, имеющих отростки). Клетки могут быть диффе­ренцированными (нервные, мышечные и т. д.). Большинство из них обладает способностью восстанавливаться, но некоторые, например, нервные — нет или почти нет.

6. Эволюция форм жизни.

Клетки без ядра, но имеющие нити ДНК, напоминают нынешние бактерии и сине-зеленые водоросли. Возраст таких самых древ­них организмов около 3 млрд. лет. Их свойства:

1) подвижность;

2) питание и способность запасать пищу и энергию;

3) защита от нежелательных воздействий;

4) размножение;

5) раздражимость;

6. приспособление к изменяющимся внешним условиям;

7. способ­ность к росту.

На следующем этапе (приблизительно 2 млрд. лет тому назад) в клетке появляется ядро. Одноклеточные организмы с ядром назы­ваются простейшими. Их 25-30 тыс. видов. Самые простые из них — амебы. Инфузории имеют еще и реснички.

Ядро простейших окру­жено двухмембранной оболочкой с порами и содержит хромосомы и нуклеоли. Ископаемые простейшие — радиолярии и фораминиферы — основные части осадочных горных пород. Многие простейшие обладают сложным двигательным аппаратом.

Примерно 1 млрд. лет тому назад появились первые многокле­точные организмы, и произошел выбор растительного или животного образа жизни.

Первый важный результат растительной деятельности — фотосинтез — создание органического вещества из углекислоты и воды при использовании солнечной энергии, улавливаемой хлорофиллом. Продукт фотосинтеза — кислород в атмосфере.

Возникновение и распространение растительности привело к коренному изменению состава атмосферы, первоначально имевшей очень мало свободного кислорода. Растения, ассимилирующие углерод из углекислого газа, создали атмосферу, содержащую свободный кислород, который не только активный химический агент, но и источник озона, преградившего путь коротким ультрафиолетовым лучам к поверхности Земли.

Веками накапливавшиеся остатки растений образовали в земной коре грандиозные энергетические запасы органических соединений (уголь, торф), а развитие жизни в Мировом океане привело к созданию осадочных горных пород, состоящих из скелетов и других остатков морских организмов.

К важным свойствам живых систем относятся:

1. Компактность. В 5х10^-15 гр. ДНК, содержащейся в оплодо­творенной яйцеклетке кита, заключена информация для подавляю­щего большинства признаков животного, которое весит 5х10⁷ гр. (масса возрастает на 22 порядка).

2. Способность создавать порядок из хаотического теплового движения молекул. Тем самым противодействовать возрастанию энтропии. Живое потребляет отрицательную энтропию и работает против теплового равновесия, увеличивая, однако, энтропию окру­жающей среды. Чем более сложно устроено живое вещество, тем бо­лее в нем скрытой энергии и энтропии.

3.Обмен с окружающей средой веществом, энергией и инфор­мацией. Живое способно ассимилировать полученные извне вещест­ва, т. е. перестраивать их, уподобляя собственным материальным структурам и за счет этого многократно воспроизводить их.

4. В метаболических функциях большую роль играют петли обратной связи, образующиеся при автокаталитических реакциях. «В то время как в неорганическом мире обратная связь между «следствиями» (конечными продуктами) нелинейных реакций и породив­шими их «причинами» встречается сравнительно редко, в живых си­стемах обратная связь (как установлено молекулярной биологией), напротив, является скорее правилом, чем исключением» (Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса.- С. 209).

Автокатализ, кросс-ката­лиз и автоингибиция (процесс, противоположный катализу — если присутствует данное вещество, оно не образуется в ходе реакции) имеет место в живых системах. Для создания новых структур нужна положительная обратная связь, для устойчивого существования — отрицательная обратная связь.